一种制备Al/AlN电子封装材料的方法技术

一种制备Ａｌ／ＡｌＮ电子封装材料的方法，属于电子封装技术领域。工艺步骤为：使用凝胶注模成形或注射成形制备Ｍｇ粉与Ａｌ粉的混合粉末或镁铝合金粉末坯体；坯体在温度为１００℃～５００℃和非氧化气氛下排除有机物；使上一步得到的坯体在温度为在６００℃～９００℃，氮气分压为１ｋＰａ～１０ＭＰａ的气氛中烧结３０分钟～１２０小时。优点在于。最终得到Ａｌ／ＡｌＮ复合电子封装材料，该材料的Ｎ的质量分数量为３％～３０％。同时，制备的Ａｌ／ＡｌＮ复合材料的热导率在１００Ｗ／ｍ.Ｋ以上，满足了电子产品散热的需求。实现了低成本的制造高热导低热膨胀的电子封装材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电子封装
，特别是提供了，适用于电子封装，实现了近净成形制备。
技术介绍
电子封装，是指将一个具有一定功能的集成电路芯片，放置在一个与之相适应的外壳容器中，为芯片提供一个可靠的工作环境，以保护芯片不受或少受外界环境的影响，使得集成电路具有稳定的功能。目前，按照封装所使用的材料不同，主要可分为金属封装、陶瓷封装和塑料封装。作为微电子封装的一种主要形式，金属封装在许多领域得到了广泛的应用，尤其是在军用及航空航天领域，由于其高可靠性、散热良好，因而倍受青睐。金属封装的特点是封装外壳可以和某些部件(如混合集成的A/D或D/A转换器)融合为一体，可使封装形状多样化，散热快，体积小，成本低。在金属封装时，要根据被封装电路或器件的诸如传输延迟、串扰、散热等要求合理设计封装结构、尺寸和合理选择封装材料。传统的金属封装材料包括Al、Cu、Mo、W、可伐合金等，它们的主要性能如表1所示。芯片材料如Si、GaAs以及基片材料Al2O3、BeO、AlN等的CTE值介于4～7×10-6K-1之间，而Al、Cu虽然具有很高的导热系数，但其CTE太大(Al的CTE为22×10-6～25×10-6K-1，Cu的CTE大约为16×10-6～18×10-6K-1)，容易引发循环热应力。Mo、W由于其价格较为昂贵，加工、焊接性能差而密度却是Al的好几倍，限制了其应用。而可伐合金虽然具有很低的CTE，数值上与GsAs的CTE较为接近，可伐合金的加工性能也很好，但是由于其导热系数太低，密度也很大，使其广泛应用受到了限制。随着金属封装的迅速发展，传统的金属封装材料已不能满足现代封装技术对封装材料提出的更高要求。因此，研究、开发和使用新型金属封装材料已是迫在眉睫。由于单一基体的各种封装材料无法满足各方面性能的综合要求。只有金属基复合材料才能全面满足电子封装的技术要求。它尤其适于现代化高速发展的功率HIC，微波毫米波MMIC，MCM和大电流功率模块的功率封装及作为散热片应用。电子封装常用的金属基复合材料主要是微观强化型金属基复合材料。按增强物类型可分为连续纤维增强金属基复合材料、非连续增强金属基复合材料、自生增强金属基复合材料、层板金属基复合材料。按基体类型可分为铝基、铜基、银基、铍基等。用作金属基电子封装材料增强体得有很多种，各有特色。其中使用较多得有C、B、碳化物、氮化物、氧化物、硼化物。金属基复合材料最大特点之一就是充分发挥了基体和增强体的长处，克服各自不足之处。尽管Al、Cu、Mg和单个增强体单独用作封装材料时不令人满意，然而，把它们结合在一起制成复合材料，使用到电子封装方面非常成功。但是，人们目前使用的金属基电子封装材料在制备工艺上均存在制备工艺复杂、不能近净成形和成本高的缺点。为了克服上述缺点，我们提出了近净成形制备Al/AlN复合电子封装材料的工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，克服目前广泛使用的电子封装材料存在的制备工艺复杂、不能近净成形和成本高的缺点，使制备的电子封装材料既具有良好的热性能，又可以通过简单的制备工艺近净成形，同时制备成本低廉。本专利技术制备Al/AlN复合电子封装材料的方法是，包括以下步骤a、使用凝胶注模成形或注射成形制备Mg粉与Al粉的混合粉末或镁铝合金粉末坯体；b、坯体在温度为100℃～500℃和非氧化气氛下排除有机物；c、使上一步得到的坯体在温度为在600℃～900℃，氮气分压为1kPa～10MPa的气氛中烧结30分钟～120小时。在使用凝胶注模工艺时，使用如下组分的的凝胶组合物低碳醇(包括碳原子个数小于12的醇)40％～95％(体积)；丙烯酸羟基烷基酯5％～60％(体积)；双丙烯酸酯或者三丙烯酸酯0.1％～20％(体积)；过氧化物0.01％～3％(体积)；芳叔胺 0.01％～3％(体积)；各组分总和100％(体积)使用凝胶注模工艺或者注射成形工艺，使用Al和Mg粉或者镁铝合金粉(粉末中Mg的质量分数为0.01％～5％)制备粉末体积含量为40％～70％的坯体。Mg的作用主要是破坏Al粉表面的氧化膜，Mg的加入量并不是越多越好，经研究坯体中很少的Mg即可以有效的破坏Al粉表面的氧化膜，最好的Mg在坯体中的质量分数为0.01％～5％。坯体中粉末的体积含量也较大的影响后期的烧结效果，过低的粉末体积含量使得烧结困难，最好的粉末体积含量为40％～70％。将得到的坯体在非氧化气氛中，加热至100℃～500℃保温10分钟～10小时以排除有机物。这里的非氧化气氛是指真空度为0.001Pa～1kPa的真空环境或0.001Pa～1MPa的H2气氛或0.001Pa～1MPa的N2气氛或0.001Pa～1MPa的Ar2气氛或2～3种上述气氛的混合气氛。非氧化气氛是为了防止在此过程中Al粉和Mg的进一步氧化，以便于后期的烧结。这里的排除有机物的时间没有过多限制，理论上越长越好，时间越长则坯体中有机物排除越干净。而后将坯体在氮气分压为1kPa～10MPa的气氛中，在600℃～900℃保温30分钟～120小时。在氮气分压较高的气氛中烧结，主要是为了促进烧结和Al的氮化，这样才能生成大量的AlN。而AlN的量于气氛中的氮气分压和氮化时间有很大的关系，因此，氮化温度最好在600℃～900℃，氮气分压为1kPa～10MPa。本专利技术的优点是最终得到Al/AlN复合电子封装材料，该材料的N的质量分数量为3％～30％。由于生成了大量的AlN使得Al/AlN复合材料的热膨胀系数相对纯铝大幅降低，而且通过调整AlN的量还可以得到不同热膨胀系数的Al/AlN复合材料。同时，本方法制备的Al/AlN复合材料的热导率在100W/m·K以上，满足了电子产品散热的需求。实现了低成本的制造高热导低热膨胀的电子封装材料。具体实施例方式例1配方与工艺如下乙醇(分析纯)90％(体积)丙烯酸羟乙酯(分析纯)8％(体积)二乙二醇丙烯酸酯(分析纯)2％(体积)过氧化苯甲酰(分析纯)1％(体积)N，N-二甲基苯胺(分析纯) 1％(体积)使用上述成分凝胶组合物的凝胶注模工艺，加入Al粉和Mg粉，其中Mg的质量含量为4％，制备固相体积含量为50％的坯体。坯体首先在70℃干燥10小时，而后在真空度为0.1kPa，温度为200℃下，保温1小时，而后真空度不变，温度为400℃下保温1小时，最后在N2压力为0.1MPa的气氛下，保温5小时。最终得到Al/AlN复合电子封装材料。例2将例1中的Al粉和Mg粉更换为镁铝合金粉末，其中Mg的质量含量为4％，其它工艺条件与例1相同。例3将例1中的凝胶注模成形工艺改为在注射成形工艺。将得到的坯体在常温下溶剂脱脂，而后在300℃，H2流动气氛下加热24小时以脱除坯体中的有机物。最后在N2压力为1MPa的气氛下，保温6小时。最终得到Al/AlN复合电子封装材料。例4将例1中的烧结工艺改为在N2气氛下，温度为250℃下，保温1小时，而后在温度为400℃下保温2小时，最后在N2压力为4MPa的气氛下，保温5小时。其它工艺条件与例1相同。例5将例1中的烧结工艺改为在H2和N2为3∶1的混合气氛下，温度为250℃下，保温1小时，而后在温度为400℃下保温2小时，最后在N2压力为0.1MPa的气氛下，保温10小时。其它工艺条件与例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备Ａｌ／ＡｌＮ电子封装材料的方法，其特征在于，工艺步骤为：ａ、使用凝胶注模成形或注射成形制备Ｍｇ粉与Ａｌ粉的混合粉末或镁铝合金粉末坯体；ｂ、坯体在温度为１００℃～５００℃和非氧化气氛下排除有机物；ｃ、使上一步得 到的坯体在温度为在６００℃～９００℃，氮气分压为１ｋＰａ～１０ＭＰａ的气氛中烧结３０分钟～１２０小时。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贾成厂，史延涛，韩跃朋，咸敏，徐自伟，雷刚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]